JP2019134575A

JP2019134575A - 電源装置および電気機器

Info

Publication number: JP2019134575A
Application number: JP2018014341A
Authority: JP
Inventors: 勇多吉岡; Yuta Yoshioka
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-08-08

Abstract

【課題】力率の低下を防止できる電源装置を提供する。【解決手段】電源装置12は、電源入力側と負荷側との間に並列に接続される複数の力率改善回路21，22を備えるとともに、力率改善回路21，22毎にそれぞれ流れる電流に応じた検出信号を出力する複数のカレントトランスCT1，CT2を備える。制御部18は、カレントトランスCT1，CT2毎にそれぞれ出力される検出信号に基づいて力率改善回路21，22をそれぞれ制御する。制御部18は、カレントトランスCT1，CT2毎にそれぞれ出力される検出信号に基づいてカレントトランスCT1，CT2毎のインダクタンス値を求め、このインダクタンス値に基づいてカレントトランスCT1，CT2毎にそれぞれ出力される検出信号を補正する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電源入力側と負荷側との間に複数の力率改善回路が並列に接続された電源装置、およびこの電源装置を備えた電気機器に関する。

従来、電源入力側と負荷側との間に複数の力率改善回路が並列に接続されるインターリーブ方式の力率改善回路部を備えた電源装置がある。インターリーブ方式の力率改善回路部では、複数の力率改善回路をインターリーブ動作させることにより、インダクタのリップル電流を低減し、フィルタ部品の小形化などが可能となっている。

このようなインターリーブ方式の力率改善回路部では、各力率改善回路に検出部を設け、各検出部の検出信号に基づいて各力率改善回路を制御している。力率改善回路の制御方式が例えば電流連続モード制御方式の場合、検出部にカレントトランスを用いた電流検出が一般的である。

各力率改善回路には同一仕様のカレントトランスが用いられるが、カレントトランス毎にインダクタンス値のばらつきがある場合、各カレントトランスによる検出値にばらつきが生じ、力率改善回路毎にインダクタ電流が異なってしまう。これらインダクタ電流が異なると、インダクタ電流の合成波形（入力波形）が歪み、力率が低下してしまう。

特開２０１４−６３６０５号公報

本発明が解決しようとする課題は、力率の低下を防止できる電源装置および電気機器を提供することである。

実施形態の電源装置は、電源入力側と負荷側との間に並列に接続される複数の力率改善回路を備えるとともに、力率改善回路毎にそれぞれ流れる電流に応じた検出信号を出力する複数のカレントトランスを備える。制御部は、カレントトランス毎にそれぞれ出力される検出信号に基づいて力率改善回路をそれぞれ制御する。制御部は、カレントトランス毎にそれぞれ出力される検出信号に基づいてカレントトランス毎のインダクタンス値を求め、このインダクタンス値に基づいてカレントトランス毎にそれぞれ出力される検出信号を補正する。

本発明によれば、力率の低下を防止することが期待できる。

一実施形態を示す電源装置を用いた電気機器の回路図である。同上電源装置のスイッチング素子のオン、オフに応じて流れる電流の波形図である。同上電源装置の制御部による制御動作のフローチャートである。

以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に電気機器10を示し、電気機器10は、負荷11、およびこの負荷11に電源を供給する電源装置12を備えている。電気機器10は、例えば、負荷11としてＬＥＤなどの光源を用いた照明装置である。

電源装置12は、整流回路15、インターリーブ方式の力率改善回路部16、駆動回路17および制御部18などを備えている。

そして、整流回路15は、例えばダイオードブリッジによって構成された全波整流回路である。整流回路15の入力側は外部電源である交流電源ｅに接続され、整流回路15の出力側に力率改善回路部16が接続される。

また、力率改善回路部16は、電源入力側（整流回路15など）と負荷側（駆動回路17および負荷11など）との間に並列に接続される複数の力率改善回路21，22、およびこれら力率改善回路21，22の出力側に接続されるコンデンサＣを備えている。

力率改善回路21，22は、例えば昇圧チョッパ回路で構成されている。本実施形態の力率改善回路部16は、２つの力率改善回路21，22を備え、これらを第１の力率改善回路21および第２の力率改善回路22とも呼ぶ。なお、力率改善回路部16は、３つ以上の力率改善回路を備えていてもよい。

第１の力率改善回路21は、インダクタL1、スイッチング素子Q1およびダイオードD1を備えている。整流回路15の出力側にインダクタL1およびスイッチング素子Q1が直列に接続され、これらインダクタL1とスイッチング素子Q1との間にダイオードD1のアノードが接続されている。スイッチング素子Q1は、例えばＭＯＳＦＥＴであり、ドレインがインダクタL1に接続され、ソースがグランド側に接続され、ゲートが制御部18に接続されている。さらに、スイッチング素子Q1のソース側には、スイッチング素子Q1のオン時にインダクタL1に流れる電流を検出するカレントトランスCT1の一次巻線が接続されている。

第２の力率改善回路22は、インダクタL2、スイッチング素子Q2およびダイオードD2を備えている。整流回路15の出力側にインダクタL2およびスイッチング素子Q2が直列に接続され、これらインダクタL2とスイッチング素子Q2との間にダイオードD2のアノードが接続されている。スイッチング素子Q2は、例えばＭＯＳＦＥＴであり、ドレインがインダクタL2に接続され、ソースがグランド側に接続され、ゲートが制御部18に接続されている。さらに、スイッチング素子Q2のソース側には、スイッチング素子Q2のオン時にインダクタL2に流れる電流を検出するカレントトランスCT2の一次巻線が接続されている。

これら力率改善回路21，22には、同一仕様の部品が用いられている。カレントトランスCT1，CT2についても、同一仕様のものが用いられている。カレントトランスCT1，CT2は、一次巻線に一次電流が流れると、それに比例した二次電流が二次巻線に発生し、二次巻線に発生した二次電流が検出信号として制御部18に入力される。

コンデンサＣは、力率改善回路21，22の出力側に接続され、力率改善回路21，22からの出力電圧を平滑する。コンデンサＣの一端が力率改善回路21，22のダイオードD1，D2のカソードに接続され、コンデンサＣの他端がグランド側に接続されている。

また、駆動回路17は、ＤＣ−ＤＣコンバータであって例えば降圧チョッパ回路などで構成されている。駆動回路17は、力率改善回路部16から出力される直流電圧を負荷11の駆動に適切な所定の直流電圧に変換して負荷11に出力する。

また、制御部18は、力率が改善されるように力率改善回路21，22を制御し、かつ、リップル電流が低減するように力率改善回路21，22をインターリーブ動作させる。そして、制御部18は、カレントトランスCT1，CT2によって検出される電流に応じた検出信号を入力し、例えば電流連続モード制御方式で力率改善回路21，22を制御する。

制御部18は、力率改善回路21，22を制御する制御ＩＣ25、およびこの制御ＩＣ25による力率改善回路21，22の制御を補正するマイコン26を備えている。

制御ＩＣ25は、力率改善回路21，22毎に、入力される交流電圧の周波数よりも高い周波数でスイッチング素子Q1，Q2をオン、オフさせるとともに、カレントトランスCT1，CT2によって検出される電流に応じた検出信号を入力し、この検出信号に基づいてスイッチング素子Q1，Q2のオン、オフの時間をフィードバック制御する。

マイコン26は、カレントトランスCT1，CT2の仕様と対応した基準インダクタンス値を予め記憶してする。そして、マイコン26は、カレントトランスCT1，CT2毎にそれぞれ出力される検出信号に基づいてカレントトランスCT1，CT2毎のインダクタンス値を求め、この求めたインダクタンス値を基準インダクタンス値と比較し、比較結果に応じてカレントトランスCT1，CT2毎にそれぞれ出力される検出信号を補正する補正値を求め、求めた補正値を制御ＩＣ25に出力する。これにより、制御ＩＣ25においては、カレントトランスCT1，CT2毎にそれぞれ出力される検出信号をマイコン26からの補正値で補正し、補正した検出信号に基づいて力率改善回路21，22を制御する。

したがって、制御部18は、カレントトランスCT1，CT2毎にそれぞれ出力される検出信号に基づいてカレントトランスCT1，CT2毎のインダクタンス値を求め、このインダクタンス値に基づいてカレントトランスCT1，CT2毎にそれぞれ出力される検出信号を補正するものである。さらに、求めたインダクタンス値と基準インダクタンス値を比較し、比較結果に応じてカレントトランスCT1，CT2毎にそれぞれ出力される検出信号を補正するものである。

なお、制御部18は、この制御部18の有する機能を制御ＩＣ25またはマイコン26が備えることにより、制御ＩＣ25またはマイコン26のいずれかのみで構成してもよい。

次に、電源装置12の動作を説明する。

電源装置12を起動すると、交流電源ｅからの交流電圧を整流回路15で整流して力率改善回路部16に出力する。

力率改善回路部16では、整流回路15から出力される交流電圧を直流電圧に変換して駆動回路17に出力する。

そして、制御部18は、力率改善回路21，22毎に、入力される交流電圧の周波数よりも高い周波数でスイッチング素子Q1，Q2のオン、オフさせ、そのオン、オフの比率を制御して入力電流波形の平均値を全波整流された入力電圧波形と同相の正弦波電流波形とすることにより力率を改善する。

このとき、制御部18は、力率改善回路21，22毎に、カレントトランスCT1，CT2によって検出される電流に応じた検出信号を入力し、これら検出信号に基づいてスイッチング素子Q1，Q2のオン、オフの時間をフィードバック制御する。

さらに、制御部18は、並列に接続されている力率改善回路21，22のスイッチング素子Q1，Q2のオン、オフの位相をずらして制御する。図２には、各スイッチング素子Q1，Q2のオン、オフに応じて流れる電流の波形図を示す。図２の実線の波形がスイッチング素子Q1のオン、オフに応じて流れる電流の波形であり、破線の波形がスイッチング素子Q2のオン、オフに応じて流れる電流の波形である。

並列に接続されている力率改善回路21，22のスイッチング素子Q1，Q2のオン、オフの位相をずらすことにより、力率改善回路21，22で発生するリップル電流を互いに打ち消し合い、力率改善回路部16から出力するリップル電流を低減する。

そして、駆動回路17では、力率改善回路部16から出力される直流電圧を負荷11の駆動に適切な所定の直流電圧に変換して負荷11に出力する。

駆動回路17から出力される直流電圧によって負荷11が動作する。負荷11が例えば光源であれば、駆動回路17からの出力される直流電圧によって光源が点灯する。

また、各力率改善回路21，22には同一仕様のカレントトランスCT1，CT2が用いられるが、カレントトランスCT1，CT2毎にインダクタンス値のばらつきがある場合、各カレントトランスCT1，CT2による検出値にばらつきが生じ、力率改善回路21，22毎にインダクタ電流が異なってしまう。力率改善回路21，22毎にインダクタ電流が異なると、これらインダクタ電流の合成波形（入力波形）が歪み、力率が低下してしまう。

そこで、制御部18では、カレントトランスCT1，CT2毎にインダクタンス値のばらつきに応じて検出値を補正する処理を行っている。この制御部18の補正処理を含む制御動作を図３のフローチャートを参照して説明する。

マイコン26は、カレントトランスCT1，CT2毎に、カレントトランスCT1，CT2によって検出される電流に応じた検出信号を入力し、インダクタンス値を求める。すなわち、マイコン26は、カレントトランスCT1，CT2毎に、入力する検出信号から電流値Ｉ、電圧値Ｖ（電流値とカレントトランスCT1，CT2の抵抗値とによって求まる）、スイッチング素子Q1，Q2のオン時間Ｔonを取得し、Ｌ＝（Ｖ・Ｔon）／Ｉの式によってインダクタンス値Ｌを求める（ステップＳ１）。

マイコン26は、カレントトランスCT1，CT2毎に、今回求めたインダクタンス値と前回求めたインダクタンス値とが同じか判断する（ステップＳ２）。電源装置12の最初の起動時であれば、前回求めたインダクタンス値は無いため、インダクタンス値は同じではないと判断する。

マイコン26は、カレントトランスCT1，CT2毎に、今回と前回とでインダクタンス値が同じではないと判断した場合、今回求めたインダクタンス値とマイコン26に予め記憶されている基準インダクタンス値とを比較するとともに、比較の結果によって求まる誤差分に応じて、カレントトランスCT1，CT2によって検出される電流値に応じた検出信号を補正する補正値を求め、求めた補正値を制御ＩＣ25に出力する（ステップＳ３）。

制御ＩＣ25は、マイコン26から補正値を入力し、この補正値を記憶（更新）する（ステップＳ４）。

制御ＩＣ25は、カレントトランスCT1，CT2毎に、カレントトランスCT1，CT2から入力する検出信号を記憶している補正値で補正し、補正した検出信号に基づいてスイッチング素子Q1，Q2のオン、オフの時間をフィードバック制御する（ステップＳ５）。

このような処理は、電源装置12の起動時に行ってもよい。また、マイコン26は、今回求めたインダクタンス値と基準インダクタンス値を比較し、誤差が無い場合、例えば０などの誤差がないことに対応した補正値を設定してもよいし、誤差がないことを示す信号を制御ＩＣ25に送ってもよい。

以上のように、本実施形態の電源装置12では、カレントトランスCT1，CT2毎にそれぞれ出力される検出信号に基づいてカレントトランスCT1，CT2毎のインダクタンス値を求め、このインダクタンス値に基づいてカレントトランスCT1，CT2毎にそれぞれ出力される検出信号を補正するため、カレントトランスCT1，CT2にインダクタンス値のばらつきがあったとしても、力率改善回路21，22のインダクタ電流が同じになるように制御し、これらインダクタ電流の合成波形（入力波形）に歪みが生じるのを低減し、力率の低下を防止できる。

さらに、制御部18は、カレントトランスCT1，CT2毎のインダクタンス値を予め記憶している基準インダクタンス値と比較し、比較結果に応じてカレントトランスCT1，CT2毎にそれぞれ出力される検出信号を補正するため、カレントトランスCT1，CT2にインダクタンス値のばらつきに容易に対応できる。

なお、電気機器10は、照明装置に限らず、光源以外の電気を使用する負荷11を備える電気機器にも適用できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

10 電気機器
11 負荷
12 電源装置
18 制御部
21，22 力率改善回路
CT1，CT2 カレントトランス

Claims

電源入力側と負荷側との間に並列に接続される複数の力率改善回路と；
前記力率改善回路毎にそれぞれ流れる電流に応じた検出信号を出力する複数のカレントトランスと；
前記カレントトランス毎にそれぞれ出力される検出信号に基づいて前記力率改善回路をそれぞれ制御する制御部であって、前記カレントトランス毎にそれぞれ出力される検出信号に基づいて前記カレントトランス毎のインダクタンス値を求め、このインダクタンス値に基づいて前記カレントトランス毎にそれぞれ出力される検出信号を補正する制御部と；
を具備することを特徴とする電源装置。
前記制御部は、前記カレントトランス毎のインダクタンス値を基準インダクタンス値と比較し、比較結果に応じて前記カレントトランス毎にそれぞれ出力される検出信号を補正する
ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
請求項１または２記載の電源装置と；
前記電源装置の負荷側に接続される負荷と；
を具備することを特徴とする電気機器。